Bioloogilised membraanid

Katse peamiseks eesmärgiks on uurida erinevate keskkonnategurite, nagu osmootne rõhk, detergendid ja happesus, mõju rakumembraani talitlusele. Rakumembraanid koosnevad peamiselt lipiididest ja valkudest ning neil on rakkudes palju olulisi ülesandeid.

Taimerakkude suurt veega täidetud vakuooli ümbritsevat membraani nimetatakse tonoplastiks. Peeditaimes sisaldavad vakuoolid vees lahustuvat punast pigmenti beetatsüaniini, mis annab peedile iseloomuliku värvuse. Kuna see pigment lahustub vees ja mitte lipiidides, püsib see vakuooli sisemuses, kuni membraan on terve. Kui membraan katki läheb, valgub vakuooli sisemus ümbritsevasse keskkonda ja värvib selle punaseks. See tähendab tavaliselt, et rakk on surnud. Mida rohkem pigmenti on ümbritsevas keskkonnas, seda intensiivsem on punane värvus ja seda rohkem rakke on saanud kahjustada.

Katses uurid osmoosi, detergentide ja happesuse mõju bioloogilistele membraanidele. Soolade esinemine keskkonnas on taimede kasvuks vajalik, kuid liigne soolasisaldus keskkonnas võib taime tappa. Isegi need soolad, mida läbi membraanide ei transpordita, võivad taimi mõjutada, muutes osmootset tasakaalu. Osmoos on vee liikumine läbi poolläbilaskva membraani väiksema kontsentratsiooniga lahusest suurema kontsentratsiooniga lahusesse. Kui soolade kontsentratsioon rakus ja väljaspool seda erineb, võib see suuresti mõjutada rakkude veesisaldust. Katses uurid, kuidas osmoos võib rakumembraane lõhkuda.

Detergendid on ained, mis muudavad lipiidid vees lahustuvaks. Kuna bioloogilised membraanid koosnevad nii rasvlahustuvast kui ka vees lahustuvast osast, võivad detergendid membraane lõhkuda. Pärast osmoosi mõju uurimist planeerid ise katse detergentide mõju uurimiseks bioloogilistele membraanidele.

Keskkonna happesus (pH) on elusolenditele kriitilise tähtsusega. Kui keskkond on liiga happeline või liiga aluseline, siis organismid surevad. Järgmises katses uurid happesuse mõju bioloogilistele membraanidele.

Katses kasutad kolorimeetrit. Seadmes olevast LED-valgusallikast lähtuv sinine valgus läbib lahust ning tabab valgustundlikku sensorit. Katses kasutatavad soolalahused on läbipaistvad. Kui peedi pigment lekib lahusesse, värvub lahus punaseks. Mida rohkem on lahuses pigmenti, seda rohkem valgust neeldub ja seda vähem valgust jõuab sensorini. Arvutiga ühenduses registreerib kolorimeeter sensorini jõudnud valguse kas neelduvuse või läbilastud valgusena. Valguse neelduvust kasutatakse rakumembraanide kahjustuste hindamiseks.

Töö käik

1. Katse ajal kanna kaitseprille, põlle ja kummikindaid.

Osmoosi mõju uurimine

2. Pane ühte tähistatud katseklaasi 10 ml 15% soolalahust ja teise umbes 10 ml kraanivett. Valmista nendest mikroplaadi süvenditesse 3%, 6%, 9%, 12% ja 15% lahused.

3. Selleks pane mõõtepipetiga kõigepealt mikroplaadi kuude süvendisse 1. tabelis märgitud kogus vett (milliliitrites). Kui kasutad mõõtskaalata pipette, lisa süvenditesse 1. tabelis märgitud kogus tilkades. Mikroplaadi esimesse süvendisse jääb ainult vesi, see on kontroll.

4. Teistesse süvenditesse lisa teise pipetiga 15% soolalahust. Tabelist näed, mitu milliliitrit või tilka soolalahust igasse süvendisse on vaja lisada.

5. Loputa pipett soolalahusest puhtaks.

6. Lõika peedist kuus tükikest suurusega 0,5 x 0,5 x 0,5 cm. Tükikesed peaksid mikroplaadi süvenditesse vabalt mahtuma.

7. Loputa peeditükke kaks korda väheses vees. Vala vesi kohe ära. Nii pesed ära lõikamise käigus vabanenud pigmendi.

8. Sea stopper 15 minuti peale ja pane käima. Aseta näpitsatega peeditükikesed kuude mikroplaadi kaevu (joonis 2). Sega soolalahuses olevat peeti iga minuti järel hambaorgiga. Ole ettevaatlik, et peeditükki mitte torgata või katki teha.

9. Ühenda kolorimeeter andmekogujaga. Kuni üks rühmaliige tegeleb 8. punktiga, peaks teine rühmaliige arvuti andmekogumiseks valmis seadma, avades faili „09a Biological Membranes” Logger Pro kaustast „>Biology with Computers“.

10. Nüüd oled valmis kolorimeetri kalibreerimiseks. Täida küvett ¾ ulatuses destilleeritud veega. 

11. Kalibreeri kolorimeeter.

• Ava kolorimeetri kaas.
• Hoides küvetti ülaservast, aseta see kolorimeetri küvetipessa. Sule kaas.
• Kui sinu kolorimeetril on CAL-nupp, vajuta „or“ nuppu, et valida katses kasutatavaks lainepikkuseks 470 nm (sinine valgus). Hoia CAL-nuppu all, kuni punane LED-valgus hakkab vilkuma. Siis lase CAL-nupp lahti. Kui LED-valguse vilkumine lõpeb, on kalibreerimine lõpetatud. Jätka 12. punktiga. Kui sinu kolorimeetril ei ole CAL-nuppu, jätka kolorimeetri kalibreerimist kõrvalolevate punktidega.

12. 15 minuti pärast eemalda kaevudest peeditükikesed. Tee seda samas järjekorras, nagu sa need sinna panid. Viska peeditükikesed minema.

13. Nüüd oled valmis koguma andmeid soolalahuse neelduvuse kohta.

• Andmekogumise alustamiseks vajuta rohelist noolt.
• Tühjenda küvett veest. Kuivata küvett marlilapikesega.
• Tõsta plastpipetiga kogu 0% soolalahus kaevust 1 küvetti. Pühi küvett väljastpoolt kuivaks ja aseta kolorimeetrisse.
• Sulge kaas ja oota, kuni kolorimeetri neelduvusnäit stabiliseerub. Vajuta nuppu „Hoia“, sisesta ekraanile ilmuvasse kastikesse „0” ja vajuta nuppu „ENTER“. Andmepunkt peaks nüüd olema kantud graafikule.

14. Kogu järgmine andmepunkt.

• Viska küvetisisu minema. Eemalda küvetist kogu lahus ja kuivata küvett marlilapikesega.
• Täida küvett plastpipeti abil 3% soolalahusega 2. kaevust. Kuivata küvett väljastpoolt ja aseta kolorimeetrisse.
• Sulge kaas ja oota, kuni kolorimeetri neelduvusnäit stabiliseerub. Vajuta nuppu „Hoia“, sisesta kastikesse „3“ ja vajuta nuppu „ENTER“.

15. Korda 14. punkti, et kanda graafikule ka kaevudes 3, 4, 5 ja 6 olevate soolalahuste kontsentratsioon ja neelduvus. Kui oled kõigi lahustega lõpetanud, vajuta nuppu „■Stop“.

16. Viska ülejäänud lahused vastavalt õpetaja juhistele minema.

17. Kirjuta tabelisse 2 lahuste kontsentratsioonide vastavad neelduvusnäidud.

17. Prindi soolalahuste neelduvuse graafik. Sisesta oma nimi (nimed) ja graafiku koopiate arv.

18. Vasta oma graafiku põhjal küsimustele.

Detergentide mõju uurimine

19. Ennusta, milliseid tulemusi võiks anda katse, kus rakud on asetatud detergenti.

20. Planeeri katse, milles uurid detergentide mõju bioloogilistele membraanidele.

21. Mõtle, millist varustust sa vajad. Sul võib vaja minna mõnda materjali ülaltoodud nimekirjast. Esitle oma katseplaani ja ennustusi järgmises praktikumis.

1. Lase õpetajal oma katseplaan üle vaadata. Kui ta selle heaks kiidab, tee oma katse. Andmete kogumiseks vali fail „Exp 09b Biological Membranes“ kaustast „Biology with Computers“. Pane x-telje maksimumväärtuseks oma katse maksimaalne detergendi kontsentratsioon.

2. Täida kogutud andmete põhjal tabel 3 ning kirjelda oma katse tulemusi ja järeldusi.

Happesuse muutuste mõju testimine

3. Kirjelda, kuidas sa uuriksid pH muutuste mõju rakumembraanile. Esitle oma katseplaani ja ennustusi järgmises praktikumis.

1. Lase õpetajal oma katseplaan üle vaadata. Kui ta selle heaks kiidab, tee oma katse.

2. Andmete kogumiseks vali fail „Exp 09b Biological Membranes“ kaustast „Biology with Computers“.

3. Kui ülemistes katsetes kasutasid sinist LED-valgust, siis happesuse muutuste mõju uurimisel kasuta rohelist LED-i (green LED). See on vajalik, sest mõne pH väärtuse juures muutub pigment beetatsüaniin siniseks. Kui lahus on sinine, ei neeldu selles sinine LED-valgus.

Tähtis! Pead uuesti kalibreerima oma kolorimeetri nagu punktis 11, kasutades sinise seadistuse asemel rohelist.

4. Täida kogutud andmete põhjal tabel 4 ning kirjelda oma katse tulemusi ja järeldusi.